PCB ART: l’arte dello sbroglio dei circuiti stampati

PCB CAD

La realizzazione del pcb, inteso come sbroglio piste e progettazione del circuito stampato, è la fase centrale del progetto elettronico, è la messa in pratica di tutte le idee del progetto. La strada sulla quale viaggerà il software, come il sistema operativo per i programmi. Per fare un buon PCB servono sostanzialmente 3 cose…

PCB = STRATEGIA + ARTE

Per realizzare un circuito stampato “a regola d’arte” servono gli strumenti adatti, una buona strategia e la giusta creatività!

1) Strumenti -> CAD
Buona conoscenza e pratica degli strumenti utilizzati, avere pieno possesso delle potenzialità offerte e conoscere i limiti del cad in uso. Sarà fondamentale quindi la scelta iniziale sul software da utilizzare, la sua interfaccia utente e la dotazione di librerie disponibile. Particolare attenzione anche al processo che porta dallo schematico ai file gerber ed alle compatibilità verso altri software EDA tramite i comandi import-export. In questa scelta l’attenta lettura della guida specifica sull’utilizzo del CAD e la valutazione di una versione di prova, sono fondamentali. Anche perché, come vedremo in segutio, una volta scelto il proprio cad lasciarlo può essere complicato!

2) Strategia -> Know-How
Conoscenze tecniche ed esperienza sia nel campo della progettazione elettronica che in quello normativo, con particolare attenzione al settore di appartenenza del prodotto che andremo a sviluppare. Se da una parte abbiamo le restrizioni imposte dalle specifiche tecniche e dal buon senso, dall’altra c’è la nostra esperienza e la conoscenza approfondita del CAD. Il giusto compromesso sarà sempre la soluzione migliore, l’equilibrio perfetto tra dimensioni meccaniche e parametri elettrici, limitazioni normative e specifiche tecniche, ma anche richieste commerciali e stabilità del circuito.
Come in una partita a scacchi è un gioco di strategia. Se noi siamo i Bianchi, i Neri sono le specifiche tecniche elettroniche e meccaniche, con i limiti imposti e le normative applicate.

3) Creatività -> Opera d’arte
Non è solo questione del famoso occhio che “vuole la sua parte” ma della vera e propria consapevolezza che un circuito, gradevole alla vista, è anche, molto spesso, un circuito funzionante. La creatività personale svolge un ruolo fondamentale nel posizionamento e nello sboglio delle piste.
La risoluzione di situazioni difficili è basata prevalentemente sul proprio estro. Quest’ultimo punto non si studia sui libri e non esistono guide a riguardo (anche se nelle prossime puntate ho inserito una serie di tip’s and tricks che posso aiutare) ma dipende solo da voi, da quanto siete creativi e da quanto avete voglia di sperimentare, magari approfittando della realizzazione di prototipi (che non andranno in produzione) per testare alcune idee e soluzioni che vi sono venute in mente, a voi e probabilmente solo a voi. Queste renderanno l’opera veramente un’Opera d’Arte e la soddisfazione che avrete sarà ai massimi livelli ;)

Panoramica sui CAD di sbroglio

I software di sbroglio denominati EDA (Electronic Design Automation) sono un elemento chiave, ed al giorno d’oggi fondamentale, per realizzare il progetto di un circuito stampato. Una volta, tanto tempo fa si utilizzava carta e penna, sfruttando la trasparenza della carta velina ed i trasferibili….
Oggi grazie agli EDA il processo di sbroglio è automatizzato o semi-automatizzato (molto più realistica quest’ultima) e quindi il primo passo è sicuramente la scelta del software che meglio soddisfa le nostre esigenze. Ce ne sono molti, di tutti i tipi, gratuiti, open source, versioni di prova a tempo, versioni di prova con limitazioni (a volte anche minime), poco costosi, abbastanza costosi e costosissimi! Avete veramente un’ampia scelta, ma è bene tenere a mente che il software perfetto per voi è quello che soddisfa le vostre esigenze e questo potrete saperlo solo dopo averlo testato ed inserito nel vostro contesto lavorativo.
Un ultima raccomandazione prima della carrellata di software da valutare: non basatevi sulle capacità del cad di effettuare lo sbroglio o, peggio ancora il piazzamento, automatico! Questa caratteristica non offre risultati soddisfacenti in nessun tipo di cad, da quelli free a quelli professionali più costosi. Nei prossimi articoli approfondiremo anche questo aspetto, per ora prendete per buono il suggerimento ;)
Ecco di seguito alcuni software con i quali ho avuto esperienza, diretta e/o indiretta:

Kicad

Kicad è un software gratuito ed open source. Offre una soluzione completa dallo schema elettrico al circuito stampato, gestione delle librerie, file gerber etc. Spesso utilizzato anche da aziende e professionisti, ad esempio una importante azienda con cui collaboro che opera nel settore avionico lo utilizza per la realizzazione interna di schede, quindi per progetti professionali che devono superare importanti normative.
Inoltre Kicad è Open Source e questo significa che una intera community è attiva sui possibili bug ma soprattutto sulle migliorie da apportare in futuro. Interventi ai quali potremmo partecipare anche noi stessi. Questo ha generato una interessante repository di librerie, che tra l’altro si possono trovare anche sparse per la rete. Una soluzione entry level per hobbisti e principianti che viene utilizzata anche da professionisti!

http://www.kicad-pcb.org

Design Spark (RS Components) Vs Eagle (Farnell)

Entrambi offrono ottime soluzione gratuite per progetti middle level. Sia RS che Farnell sono venditori di componenti elettronici a catalogo (consegna in 24h) e quindi il loro coinvolgimento nei software di sbroglio rientra in una politica di marketing. Essendo rivali storici nella distribuzione elettronica, lo sono diventati, di fatto, anche nella sponsorizzazione del “proprio” software di sbroglio. Da questa rivalità il progettista elettronico o l’hobbista, possono soltanto trarne vantaggio ;)

Design Spark è un software completo supportato e sponsorizzato da RS Components. Molto recente, si basa sul cad Dip Trace. Design Spark è completamente gratuito, bisogna solo registrarsi e subire la pubblicità di RS :)
Il software è in continua evoluzione, tra le ultime caratteristiche inserite segnalo la possibilità di calcolare rapidamente la corrente massima supportata da una pista (in base alla sua larghezza) e l’induttanza di una pista selezionata (in base alla sua lunghezza). Attualmente non è cross platform (su piattaforme diverse dal PC/Win gira egregiamente ma tramite emulatore o Wine).

http://www.designspark.com

Eagle PCB è un software a pagamento ma disponibile in versione free con delle limitazioni. E’ supportato/sponsorizzato da Farnell. La versione gratuita è comunque sufficiente per molti progetti di fascia media. Viene presentato come progetto di esempio una scheda di sviluppo per HC12 in package LQFP112 0.65mm pin-to-pin http://elmicro.com/en/kit12.html 2 lati con dimensioni scheda massimo (100×100)mm.
E’ cross platform quindi download disponibile per Win – Mac – Linux. Sul mercato da molti anni, quindi repository di librerie abbastanza fornita.

http://www.cadsoftusa.com/downloads/libraries

Orcad (Cadence)

Orcad ha fatto storia, dai primi software di sbroglio con PCBII (mi ricordo ancora i dischi da 5 pollici e un quarto). Offre una suite completa con Capture (schema elettrico), Layout (circuito stampato), PSPICE (simulazione elettronica), IntelliCAD (meccanica), Gerber Tool (verifica gerber). Molto ricca la sezione Report con possibilità di avere rapidamente dei file per la produzione, come ad esempio il pick’n place con il report delle coordinate x,y dei componenti per la macchina di montaggio automatico.
Un’altro parametro importante è l’attenzione di Cadence per le librerie, sia dello schematico ma soprattuto per il circuito (Layout) che sono le più impegnative (e noiose) da realizzare. Infatti, oltre alla buona dotazione iniziale inserita nel DVD di installazione, è presente una repository online alla quale poter accedere previa registrazione. Ma molto più importante, a mio avviso, è l’accordo che Cadence ha stretto con alcuni produttori di semiconduttori, come ad esempio National Semiconductors (ora parte di TI) , che mettono a disposizione la libreria per Orcad Layout di tutti (o quasi) i loro componenti!! Senza dubbio un ottimo strumento professionale!

http://www.cadence.com/products/orcad/pages/default.aspx

Altium Designer (Protel – P-Cad)

Altium è una azienda storica, da P-Cad a Protel, fino all’attuale Altium Designer. Chi lo usa ne è entusiasta. Ottima dotazione di tool di importazione, il più completo. Oltre alle ovvie caratteristiche di sbroglio, assolutamente complete, segnalo anche la modellazione 3D molto utile per l’integrazione con la meccanica. La preview 3D infatti oltre ad essere molto utile è anche commercialmente eloquente :) Altium è sicuramente leader in migrazione e integrazione meccanica Da molti viene indicato come il miglior tool in assoluto.
Il costo però è abbastanza imponente, si parla anche di migliaia di euro per la versione completa con l’abbonamento annuale per gli aggiornamenti.

http://products.live.altium.com/

Quelli presentati sopra sono solo alcuni delle decine di software presenti, ma a mio avviso offrono già una panoramica completa volta a coprire la maggior parte delle esigenze professionali e non. Per una lista sicuramente più completa di software EDA potete consultare l’articolo seguente: PCB CAD gratis e a pagamento: la guida definitiva

Compatibilità tra i vari software

Se inizio a lavorare con un software e poi decido di cambiarlo, i miei vecchi progetti sono compatibili? NI!
Senza dubbio questa è una domanda con la quale prima o poi tutti i progettisti dovranno fare i conti. Anche se ci si lega a vita ad un CAD, nella carriera professionale può capitare di dover importare o esportare un progetto oppure di sviluppare con un software specifico per esplicita richiesta di un cliente. La risposta deve essere suddivisa in due parti.
Per quanto riguarda lo schema elettrico in genere non ci sono problemi, infatti tramite le funzioni di import/export si trova al 99% la soluzione o dal cad di partenza o da quello di arrivo. Semmai i problemi in questo caso sono dati dalle vecchie versioni di uno stesso software e quindi sarà necessario prima aggiornare il progetto importandolo in una versione di CAD superiore.
Per quanto riguarda la scheda (circuito sbrogliato) invece la faccenda si complica. Qui la compatibilità può essere un problema ma si riescono comunque a convertire circuiti di molti sorgenti cad, a volte passando anche per versioni intermedie. In genere sono procedimenti abbastanza laboriosi e la migrazione non è garantita per tutti i software.
Quindi sarà opportuno fare anche questa verifica in fase di scelta iniziale. Ad esempio partendo con una versione free o limitata per poi, in caso di fiorenti condizioni lavorative, avere già pronta la soluzione professionale che però soddisfi anche i requisiti di importazione dalla nostra prima piattaforma.
Prossimamente scriverò articoli anche su come fare alcune di queste conversioni.

Tenetevi aggiornati!

Come in tutte le professioni, anche il “masterista” (colui che sbroglia) è un mestiere che richiede una buona dose di aggiornamento, non solo per sapere che il software utilizzato ha rilasciato un aggiornamento o che quel silicon vendor ha reso disponibili tutte le librerie pcb per i suoi prodotti, ma anche come crescita professionale tecnica, approfondendo nozioni teoriche assolutamente indispensabili per fare questo lavoro!

Ecco alcuni siti da tenere d’occhio

EDACafè

http://www.edacafe.com/

PCB007

http://www.iconnect007.com

Printed Circuit Design & Fab

http://www.pcdandf.com

Mentor White Paper

http://www.mentor.com/products/pcb-system-design/techpubs/

Circuitnet

http://www.circuitnet.com/

Ed ovviamente il nostro Elettronica Open Source PCB (l’unico in italiano)

http://it.emcelettronica.com/circuiti-stampati

Torneremo sull’argomento PCB il prossimo mese con un altro articolo di PCB ART nel frattempo potete consultare le slides del talk presentato allo scorso Better Embedded e porre nei commenti qui sotto tutte le domande che volete :)

 

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8 Comments

  1. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 20 novembre 2012
  2. Boris L. 20 novembre 2012
  3. Emanuele Emanuele 20 novembre 2012
  4. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 20 novembre 2012
  5. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 20 novembre 2012
  6. Emanuele Emanuele 20 novembre 2012
  7. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 20 novembre 2012
  8. alfeale 30 novembre 2012

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